Des chercheurs créent un dispositif générateur d'énergie à base d'électret en gel pour les capteurs portables

Une équipe de chercheurs du NIMS (Institut national des sciences des matériaux), de l'Université d'Hokkaido et de l'Université pharmaceutique Meiji a développé un électret en gel capable de retenir de manière stable une charge électrostatique importante. L'équipe a ensuite combiné ce gel avec des électrodes très flexibles pour créer un capteur capable de percevoir les vibrations basse fréquence (par exemple, les vibrations générées par le mouvement humain) et de les convertir en signaux de tension de sortie. Cet appareil peut potentiellement être utilisé comme capteur portable de soins de santé.

L'étude est publiée dans la revue Angewandte Chemie International Edition.

L'intérêt pour le développement de matériaux souples, légers et générateurs d'énergie s'est accru ces dernières années pour être utilisés dans l'électronique douce conçue à diverses fins, telles que les soins de santé et la robotique. Des matériaux électret capables de retenir de manière stable une charge électrostatique peuvent être utilisés pour développer des dispositifs alimentés par vibrations sans sources d'alimentation externes.

Le NIMS a dirigé les efforts visant à développer un liquide alkyle-π à faible volatilité, à température ambiante, composé d'un fragment colorant conjugué π et de chaînes alkyles flexibles mais ramifiées (un type de composé hydrocarboné). Les liquides alkyl-π présentent d'excellentes propriétés de rétention de charge, peuvent être appliqués à d'autres matériaux (par exemple, par peinture et imprégnation) et sont facilement formables.

Cependant, lorsque ces liquides ont été combinés avec des électrodes pour créer des dispositifs flexibles, ils se sont révélés difficiles à immobiliser et à sceller, entraînant des problèmes de fuite. De plus, les capacités de rétention de charge électrostatique des liquides alkyl-π devaient être augmentées afin d'améliorer leurs capacités de production d'énergie.

L’équipe de recherche a récemment réussi à créer un gel alkyle-π en ajoutant une trace d’un gélifiant de faible poids moléculaire à un liquide alkyle-π. Le module de stockage élastique de ce gel s'est avéré 40 millions de fois supérieur à celui de son homologue liquide, et il pourrait être simplifié par fixation et scellement.

De plus, le gel-électret obtenu en chargeant ce gel a obtenu une augmentation de 24 % de la rétention de charge par rapport au matériau de base (c'est-à-dire le liquide alkyle-π), grâce au confinement amélioré des charges électrostatiques dans le gel. L’équipe a ensuite combiné des électrodes flexibles avec le gel-électret pour créer un capteur de vibrations. Ce capteur était capable de percevoir des vibrations avec des fréquences aussi basses que 17 Hz et de les convertir en une tension de sortie de 600 mV, soit 83 % plus élevée que la tension générée par un capteur à base d'électret liquide alkyl-π.

Dans les recherches futures, l'équipe vise à développer des capteurs portables capables de répondre à des vibrations subtiles et à diverses déformations par contrainte en améliorant encore les caractéristiques de l'électret de charge (c'est-à-dire la capacité de charge et la durée de vie de la charge) et la résistance du gel alkyle-π. De plus, étant donné que ce gel est recyclable et réutilisable comme matériau de capteur de vibrations, son utilisation devrait contribuer à promouvoir une économie circulaire.